Структурная схема передающего устройства. Структурная схема рпду. Требования общего характера

Структурная схема передающего устройства определяется на­значением РЭС, видом излучаемых сигналов, диапазоном рабочих частот.

По принципу построения передатчики (ПРД) подразделяются на ПРД с одним генератором высокой частоты и ПРД с двумя и более генераторами. Выходным устройством ПРД с одним генератором может быть сам ГВЧ или усилитель мощности. Нагрузкой выходного устройства ПРД является антенна.

В простейшем передатчике - с одним мощным генератором высокой частоты (рис. 1) генерирование колебаний несущей частоты f 0 , их модуляция и усиление получен­ных сигналов осуществляется в одном каскаде - генераторе коле­баний высокой частоты (ГВЧ).

Рис. 1. Структурная схема передатчика с мощным генератором

самовозбуждения

Достоинством ПРД с выходным ГВЧ является его простота, возможность осуществления АМ и ЧМ. К недостаткам можно отнести: необходимость существенного усложнения ГВЧ для генерирования ФМ-колебаний; существенное воздействие на работу ГВЧ со стороны модулятора и антенны и их влияние на режим работы автогенератора.

Вследствие этого стабильность частоты генерируемого сигнала оказывается сравнительно низкой (относительная нестабильность =) Низкая стабильность частоты генерируемого сигнала не позволяет использовать такие ПРД тогда, когда необходимо выделять информацию, заключенную в значениях частоты и фазы радиосигналов (с ЧМ и ФМ). Кроме того, низкая стабильность частоты сигнала, излучаемого антенной ПРД, затрудняет его прием и обработку на других объектах.

Поэтому такого типа ПРД нашли широкое применение для генерирования некогерентной последовательности радиосигналов, у которых частота и фаза изменяются случайно от импульса к импульсу.

Меньшую нестабильность несущей частоты (=) имеют передатчики, выполненные по схеме, изображенной на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема передатчика с задающим генератором

Здесь управление параметрами несущего колебания, генерируемого задающим генератором (ЗГ ), и усиление полученных сигналов осуществляется в выходном каскаде усилителя мощности (УМ ). Однако такой подход используется только при АМ, так как ЧМ в усилителе в принципе не возможна (усилитель является линейным устройством, которое не изменяет частоту входного сигнала). К тому же УМ обычно является многокаскадным, состоящим из предварительного УВЧ и выходного УМ. И, как правило, модулирующий сигнал подается только на предварительный УВЧ и очень редко на выходной УМ.

Для уменьшения d f используются промежуточные (буферные) каскады, устанавливаемые между ЗГ и УМ .

Повышенные требования к d f приводят к необходимости построения передатчиков с использованием сложных многокаскадных схем. При этом ЗГ работает на частотах, отличных от f 0 . Если эти частоты ниже f 0 , то между ЗГ и УМ включают каскады умножителей частоты (рис. 3).

Для стабилизации частоты ЗГ часто применяют кварцевые резонаторы, позволяющие снизить d f до . При термостатировании кварцевых резонаторов может быть обеспечена нестабильность d f = .

Рис. 3. Структурная схема передатчика с умножителем частоты

Генерирование гармонических колебаний осуществляется в ЗГ (автогенераторах), работающих в режиме самовозбуждения. Прин­цип действия автогенераторов основан на преобразовании энергии постоянного тока в энергию переменного (синусоидального) тока радиочастоты. Автогенератор представляет собой усилитель с це­пью положительной обратной связи. Для существования в авто­генераторе незатухающих колебаний необходимо выполнить баланс фаз и баланс амплитуд. В частном случае это означает, что напря­жение обратной связи на входе усилителя должно быть противо­фазным по отношению к напряжению выходного сигнала и доста­точным, чтобы компенсировать затухание энергии в колебательной системе. При соблюдении этих условий колебания обычно возни­кают самопроизвольно из-за шумового напряжения, причем часто­та генерируемых колебаний определяется параметрами колеба­тельной системы и приближенно равна резонансной частоте контура.

В усилителях мощности нагрузкой является колебательный кон­тур, настроенный на частоту усиливаемых колебаний. Для получе­ния большой выходной мощности выходной каскад работает в не­линейном режиме.

Умножители частоты также работают в нелинейном режиме. Нагрузкой этих каскадов является колебательный контур, настро­енный на частоту выбранной гармонической составляющей тока. При этом другие гармоники тока, включая и первую, подавля­ются.

Только передатчики простейших РТС строят как однокаскадные, в виде мощного автогенератора, работающего непосредственно на антенно-волноводную (антенно-фидерную) систему. Такими являются передатчики метеонавигационных самолетных и навигационных судовых радиолокаторов (рисунок 1).

Рисунок 1. - Функциональная структурная схема однокаскадного

передатчика:

АГ - генератор электрических колебаний радиочастоты,

М - модуляционное устройство,

В - устройство питания,

0 - система охлаждения,

Ау - автоматическое управление

Большинство современных передатчиков, строятся по многокаскадной схеме. Структурная схема такого радиопередатчика показана на рисунке 2.

Рисунок 2. - Структурная схема многокаскадного передатчика

Источником колебаний радиочастоты является задающий генератор АГ (генератор с самовозбуждением или автогенератор), который должен обеспечить получение нужной частоты с заданной допустимой нестабильностью частоты для указанных внешних условий. Генератор с высокой стабильностью частоты обычно имеет малую мощность Р АГ =0,001... 0,01 Вт. Для получения заданной мощности на выходе передатчика колебания автогенератора приходится усиливать.

Число усилителей мощности радиочастоты (УМ) определяется требуемым коэффициентом усиления, усилительной способностью и выходной мощностью каждой ступени. В качестве активного усилительного элемента УМ используют электронные лампы и полупроводниковые приборы (транзисторы, тиристоры), пролетные многорезонаторные клистроны, амплитроны, лампы бегущей волны и др.

Применение многокаскадной структурной схемы - основной путь получения высокой стабильности частоты мощного передатчика. Поскольку основные каскады, включая самые мощные, являются усилителями, энергетические и многие качественные показатели передатчика (полезная мощность, промышленный КПД и т.д.) определяются параметрами каскадов усиления.

Последний, самый мощный, каскад усиления УМ n определяет выходную полезную мощность, а следовательно, и промышленный КПД передатчика. Этот каскад называют выходным или оконечным; УМ 2 , УМ 3 и т.д. считают промежуточными (предварительными), а УМ n-1 - предоконечным каскадом усиления.

Для получения высокого КПД большинство ГВВ работают со сложной периодической формой тока в выходной цепи, отличающейся от гармонической. Следовательно, спектр тока выходной цепи содержит как основную составляющую рабочей частоты f н, так и гармонические составляющие частоты 2f н, 3f н, 4f н, кроме этих составляющих в составе спектра тока могут быть и всевозможные комбинационные составляющие. Для того чтобы гармоники рабочей частоты и иные побочные составляющие не попали в антенну и не мешали работе других радиолиний (чтобы уровень этих составляющих не превышал допустимого), на выходе передатчика устанавливают выходную фильтрующую (колебательную) систему (ФС), т.е. фильтр, пропускающий рабочие и ослабляющий неосновные составляющие спектра выходного тока электронного или полупроводникового прибора.

Необходимость в сложной, громоздкой и дорогой многоконтурной системе на выходе передатчика обусловлена использованием негармонической формы тока для получения высокого КПД.

В передатчиках СВЧ и более ВЧ диапазонов для обеспечения заданной (допустимой) нестабильности частоты можно применять автогенератор, работающий на частоте, в несколько раз меньшей номинальной частоты передатчика. При этом в состав тракта усиления мощности следует включать умножители частоты (на рисунке 2 не показаны), способствующие также уменьшению влияния нагрузки передатчика и его мощных каскадов на работу автогенератора. Однако основным в ослаблении этого влияния является первый каскад усиления, называемый буферным.

Передаваемое сообщение, например сигнал звуковой частоты?, усиливается в модуляционном устройстве, которое также имеет несколько каскадов усиления. Сигнал с последнего каскада модуляционного устройства подается на один из каскадов радиочастоты (указано штриховой), где происходит модуляция (амплитудная, частотная, импульсная, однополосная или др.). Последний каскад называют модулятором, а предшествующий - подмодулятором.

Кроме того, в состав мощного передатчика входит несколько выпрямителей, образующих систему питания, система охлаждения, система управления, блокировки и сигнализации, обеспечивающая установленный порядок включения и выключения передатчика, безопасность обращения с ним для обслуживающего персонала и сигнализирующая о неисправном состоянии передатчика.

Угловая модуляция может быть получена прямым способом, когда модулируется непосредственно частота автогенератора передатчика, или косвенным, когда в промежуточном каскаде передатчика производится фазовая модуляция. Структурные схемы передатчиков с этими способами модуляции приведены на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3. - Структурная схема передатчика с прямой ЧМ

Рисунок 4. - Структурная схема передатчика с косвенной ЧМ

Другими словами, прямую частотную модуляцию осуществляют: в полупроводниковых генераторах путем изменения параметров колебательного контура с помощью варикапов, варикондов, реактивного транзистора, нелинейной индуктивности (на частотах от нескольких мегагерц до десятков гигагерц); в диодных генераторах (на туннельном диоде, диоде Ганна) путём изменения напряжения смещения на диоде; в транзисторных RC-генераторах путём изменения режима работы транзистора (тока коллектора, напряжения смещения на переходе эмиттер-база).

В системах косвенного получения частотной модуляции используются фазовые модуляторы (ФМ).

Известны четыре наиболее распространённые структурные схемы передатчиков с ФМ:

· с ФМ на выходе передатчика;

· с ФМ в предоконечных каскадах с последующим усилением мощности сигнала ФМК;

· с ФМ в начальных каскадах с последующим умножением частоты и усилением мощности сигнала ФМК;

· с ФМ на поднесущей частоте с последующим транспонированием и усилением ФМ сигнала.

Те и другие способы получения ЧМ имеют свои недостатки и достоинства. Достоинство прямого метода - возможность получения глубокой и достаточно линейной частотной модуляции, недостаток - трудность обеспечения стабильности средней частоты колебания с ЧМ. Достоинство косвенного способа - высокая стабильность средней частоты, недостатки - неглубокая модуляция, трудность передачи низких модулирующих частот.

Возможность получения глубокой и линейной ЧМ делает предпочтительным прямой способ в радиовещательных передатчиках и передатчиках НРС. При этом для повышения стабильности средней частоты используют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) по высокостабильному кварцевому эталону. Структурная схема такого передатчика приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. ? Структурная схема ЧМ передатчика с эталонным

генератором

Для построения передатчика НРС (согласно техническому заданию) воспользуемся подобной схемой, но уточним состав и количество входящих в неё блоков.

Так как обычно в передатчиках НРС возбудитель не предусматривают, то НЧ сигнал подается сразу на ГУН. Но для увеличения стабильности по частоте в качестве эталонного генератора в передатчике с ЧМ можно использовать кварцевый автогенератор. На варикап VD1 подается модулирующее напряжение U, на варикап VD2 - управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты. Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика в сравнении с диапазоном подстройки ведомого генератора.

Умножители частоты включают в структуру передатчика для повышения устойчивости, но при этом из-за нелинейностей их АЧХ увеличиваются нелинейные искажения ЧМК в «n» раз, соответственно, где n - коэффициент умножения частоты.

В нашем случае, источником сигнала U является микрофон с последующим усилителем звуковой частоты (УЗЧ) Управление ГУН в этом случае также производится через два варикапа, на один из которых подаётся модулирующее напряжение U с выхода УЗЧ, а на другой варикап - управляющее напряжение системы ФАПЧ. Девиация частоты под действием модулирующего сигнала на выходе передатчика равна 20 кГц. Индекс модуляции:

где f - девиация частоты на выходе ГУН (или передатчика, в зависимости от того хотим ли мы получить индекс модуляции на входе или на выходе передатчика соответственно), а F в - верхняя частота спектра речевого сигнала т.е. F в = 3,4 кГц.

На выходе ГУН, как было сказано выше, сигнал имеет небольшую девиацию частоты 3 кГц и соответственно небольшой коэффициент модуляции:

а по техническому заданию передатчик должен обеспечить девиацию частоты как минимум f = 20 кГц.

Поделив полученный индекс модуляции на выходе передатчика на индекс модуляции на входе передатчика (выходе ГУН) можно определить во сколько раз необходимо произвести умножение частоты сигнала на входе передатчика для получения требуемой девиации частоты в 20 кГц сигнала на выходе передатчика:

С учетом того, что необходимо минимизировать число каскадов, а стандартный максимальный коэффициент умножения частоты одного каскада n = 4, то в нашем случае, число каскадов умножителей частоты получается k = 3, а коэффициент умножения частоты каждого каскада n = 2. При этом девиация частоты на выходе передатчика получится f = 3400 2 2 2 27,2 кГц. Мощность на выходе ГУН порядка 50 мВт. Выходная колебательная мощность нашего ЧМ передатчика по техническому заданию должна быть 10 Вт, следовательно, входной сигнал передатчика необходимо по мощности усилить в 200 раз. Оконечный же мощный каскад передатчика в соответствии с расчётами, (раздел 2. РАСЧЁТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА) может обеспечить коэффициент усиления по мощности порядка К р 32. Умножив на КПД согласующей цепи (примерно 0,8) получим К рпол 25. Значит, необходимо обеспечить коэффициент усиления по мощности как минимум ещё в 8 раз, перед оконечным каскадом будут стоять еще 3 умножителя напряжения с коэффициентами усиления по мощности (с учетом потерь в согласующих цепях) порядка К р 2. После выше изложенных рассуждений, проводимых с целью обозначить необходимые составные части и объяснить назначение этих частей в структурной схеме, предлагается структурная схема передатчика НРС с ЧМ, вид которой показан на рисунке 6:

Рисунок 6. ? Структурная схема проектируемого ЧМ передатчика

Таким образом, структурная схема нашего ЧМ передатчика вместе с блоками уже имеющимися в схеме на рисунке 5 в своём составе дополнительно содержит:

· Микрофон, который обеспечивает преобразование речевого сообщения в электрический входной сигнал передатчика;

· Усилитель звуковой частоты, который обеспечивает усиление амплитуды сигнала поступающего с микрофона на управляющий варикап;

· Буферный каскад, необходимый для защиты ГУН, генератора частоты и системы ФАПЧ от влияния на них последующих каскадов;

· 3 умножителя частоты с коэффициентами умножения частоты n = 2, необходимые для обеспечения требуемой девиации частоты на выходе передатчика;

· усилитель мощности;

· цепь согласования, обеспечивающую согласование выходного сопротивления оконечного каскада передатчика с входным сопротивлением фидера 75 Ом на заданной частоте.

Введение

1. Радиопередатчики на основе цифровых контроллеров информационного тракта

2. Радиопередатчики с прямым цифровым формированием высокочастотных сигналов

Заключение

Список литературы

Введение

Радиопередающие устройства (РПдУ) применяются в сферах телекоммуникации, телевизионного и радиовещания, радиолокации, радионавигации. Стремительное развитие микроэлектроники, аналоговой и цифровой микросхемотехники, микропроцессорной и компьютерной техники оказывает существенное влияние на развитие радиопередающей техники как с точки зрения резкого увеличения функциональных возможностей, так и с точки зрения улучшения ее эксплуатационных показателей. Это достигается за счет использования новых принципов построения структурных схем передатчиков и схемотехнической реализации отдельных их узлов, реализующих цифровые способы формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, имеющих различные частоты и уровни мощности.

В области телекоммуникаций и вещания можно выделить следующие основные непрерывно возрастающие требования к системам передачи информации, элементами которых являются РПдУ:

Обеспечение помехоустойчивости в перегруженном радиоэфире;

Повышение пропускной способности каналов;

Экономичность использования частотного ресурса при многоканальной связи;

Улучшение качества сигналов и электромагнитной совместимости.

Стремление удовлетворить этим требованиям приводит к появлению новых стандартов связи и вещания. Среди уже известных GSM, DECT, SmarTrunk II, TETRA, DRM и др.

1. Радиопередатчики на основе цифровых контроллеров информационного тракта

В настоящем разделе речь пойдет о радиопередатчиках, у которых низкочастотные модулирующие и управляющие сигналы вырабатываются специализированными цифровыми сигнальными процессорами, а сама модуляция осуществляется в аналоговых каскадах, работающих на высоких рабочих или промежуточных частотах. Цифровые сигнальные процессоры такого типа называются контроллерами информационного тракта (Baseband controller). Они являются специализированными ИМС, выполняющими в передатчиках и приемопередатчиках (трансиверах) целый ряд функций, основными из которых являются следующие.

1. Преобразование поступающей в передатчик аналоговой (речевой) информации в цифровую форму встроенным АЦП и дальнейшая ее обработка перед подачей на модулятор - фильтрация, кодирование, накопление и сжатие, объединение в пакеты (Burst encoding). Формирование пакетов осуществляется с добавлением идентификационной информации, управляющих данных, синхронизирующих последовательностей, данных для проверки правильности принятого пакета и пр. Все необходимые для этого данные хранятся в ПЗУ контроллера или получаются контроллером из принимаемого от других станций сигналов. Например, «личный» аутентификационный код передатчика хранится в ПЗУ, а в эфир передается другой код, вычисленный контроллером по встроенному алгоритму с использованием «личного» кода и принятого от базовой станции кодового запроса (случайного числа).

2. Формирование цифрового модулирующего сигнала и преобразование его в аналоговую форму с помощью встроенного ЦАП для подачи на модулятор.

3. Управление каскадами передатчика - режимами по постоянному току, коэффициентами передачи (в системах автоматической регулировки мощности сигнала и защиты транзисторов выходных каскадов), подключением резервных блоков. Для этого контроллер содержит встроенные ЦАП и АЦП и средства обмена данными с внешними ЦАП и АЦП. Управление выходной мощностью передатчика необходимо для поддержания ее неизменной величины в случае работы с сигналами с постоянной огибающей, а также для формирования огибающей РЧ импульсов в соответствии с определенной временной маской при работе в пакетном режиме.

4. Переключение прием-передача.

5. Управление синтезатором частоты - сменой рабочей частоты, ее подстройкой, синхронизацией для работы в системе с другими станциями.

6. Осуществление пользовательского интерфейса - обмен данными с дисплеем, индикаторами, клавиатурой, внешним управляющим компьютером, а также с периферийными устройствами, имеющими цифровое управление. Сопряжение с телефонной сетью общего пользования или сетью ISDN.

7. Временная синхронизация для работы в системе передачи информации с множественным доступом в качестве абонентской или базовой станции. Межсистемная синхронизация. В частности, если в качестве примера цифрового передатчика рассматривать передатчик абонентской части системы DECT, его работа подчиняется трем типам синхронизации TDMA - слотовой синхронизации (с длительностью слота 416,7 мкс, за которые передается 480 бит), кадровой синхронизации (1 кадр равен 24 слотам) и мультикадровой (160 мс) синхронизации.

Наиболее обобщенная структурная схема приемопередатчика (трансивера) с контроллером информационного тракта приведена на рис. 1.1. Она включает функции, перечисленные выше. Варианты внутренней структуры контроллера информационного тракта приведен на рис. 1.2. Это упрощенная структура ИМС PCD87550 фирмы Филлипс, которая является контроллером информационного тракта цифровых радиопередатчиков системы беспроводной передачи данных «Bluetooth» (рис. 1.2.а) и структурная схема baseband-контроллера AD6526, предназначенного для построения трансиверов стандартов GSM/GPRS (рис. 1.2б). Вычислительным ядром этих контроллеров является специализированный процессор ARM TDMI, управляющий контроллером связи, который, в свою очередь, через радиоинтерфейс управляет работой трансивера, получает и передает через него данные. Под радиоинтерфейсом здесь имеется в виду схема сопряжения цифрового контроллера связи с аналоговой частью трансивера.

Остальные блоки, показанные на рис. 1.2а, особых пояснений не требуют: это кодек речи, ЦАП для управления режимами каскадов трансивера, внутренний тактовый генератор, память, интервальный таймер, а также богатый выбор интерфейсов для связи с периферийными устройствами (например, дисплеем, клавиатурой) и внешним управляющим компьютером.

Контроллер AD6526 является более специализированным, поэтому в него введены такие блоки, как интерфейс SIM-карты, интерфейсы дисплея, клавиатуры и подсветки, часы реального времени и др. Его блоки можно разделить на три основные группы: подсистема управляющего микропроцессора (MCU), подсистема сигнального процессора (DSP), подсистема периферии.

Для получения модулированных сигналов с рабочей частотой в радиопередатчиках с контроллерами информационного тракта используют несколько типов структурных схем радиочастотных трактов. Приведем здесь самые распространенные из них.

1. Передатчики с прямой модуляцией и прямой квадратурной модуляцией характеризуются тем, что генератор, управляемый напряжением (ГУН) вырабатывает колебания с рабочей частотой передатчика (например, для системы DECT около1900 МГц, а для Bluetooth - 2.4 ГГц), а модуляция происходит путем воздействия на сам ГУН или его выходной сигнал. В передатчиках с прямой модуляцией (рис. 1.3а) реализуются виды модуляции с постоянной огибающей, например, частотная манипуляция (N-FSK), а в передатчиках с прямой квадратурной модуляцией (рис. 1.3б) возможно формирование любых узкополосных амплитудно-фазовых видов модуляции, например многопозиционной квадратурной амплитудной модуляции (N-QAM). Интегральные квадратурные СВЧ-модуляторы были рассмотрены в предыдущем разделе.

Схемы с прямой модуляцией и прямой квадратурной модуляцией получаются предельно простыми, и это является их основным достоинством, но при повышенных требованиях к качеству (спектральной чистоте) сигнала передатчика или его экономичности могут оказаться существенными следующие их недостатки:

· затягивание (т.е. изменение) частоты ГУН при изменении параметров нагрузки, которой для него является усилитель мощности;

· смещение частоты ГУН за счет изменения его питающего напряжения, которое может претерпевать скачки в моменты включения усилителя мощности;

· значительное потребление энергии квадратурным модулятором СВЧ диапазона.

Большинство из этих недостатков обусловлено тем, что ГУН и усилитель мощности работают на одной и той же, достаточно высокой частоте. Стремление устранить эти недостатки привело к разработке других видов модуляции.

Передающее устройство первичной РЛС в значительной степени определяет ее тактико-технические характеристики и стоимость с учетом затрат на эксплуатацию. В современных импульсных РЛС применяются передатчики, выполненные по одно- или многокаскадной схеме. В однокаскадном передатчике роль оконечного каскада и одновременно возбудителя чаще всего выполняет магнетрон. Такие передатчики обычно имеют:

· небольшие габаритные размеры и массу,

· большой коэффициент полезного действия,

· невысокую стабильность частоты и фазы генерируемых колебаний (параметры колебаний существенно зависят от режима работы магнетрона и параметров его нагрузки).

Необходимость применения в РЛС цифровых систем СДЦ с высоким коэффициентом подавления помех от местных предметов приводит к высоким требованиям к фазовой стабильности колебаний зондирующего сигнала. В связи с этим магнетронные передатчики в настоящее время находят ограниченное применение в РЛС АС УВД.

Основной схемой передающего устройства перспективной РЛС АС УВД является многокаскадная:

· задающий генератор,

· умножители частоты,

· усилители мощности,

· выходной усилитель мощности.

Достоинство:

· высокая стабильность частоты и фазы генерируемых колебаний,

· истинно-когерентный метод селекции движущихся целей.

Недостаток:

· большие габариты и масса,

· невысокий КПД.

В качестве усилителей мощности в этих передатчиках чаще всего используются пролетные клистроны.

Передающая аппаратура двухчастотной импульсной РЛС содержит два передающих устройства - передатчики, которые отличаются друг от друга несущей частотой генерируемых сигналов. Каждый передатчик, выполненный по многокаскадной схеме, предназначен для генерирования последовательности радиоимпульсов высокой частоты, излучаемых антенной РЛС, а также для формирования вспомогательных колебаний:

· сигнала гетеродинной частоты, необходимого для работы преобразователя частоты приемника,

· сигнала опорной промежуточной частоты, необходимого для работы фазового детектора в системе СДЦ.

Если в приемном тракте используется малошумящий параметрический усилитель, то в схеме передатчика формируется еще один вспомогательный сигнал - сигнал накачки для этого усилителя. Структурная схема одного из передающих устройств РЛС показана на рис. 1.5.

Рассмотрим принцип действия передающего устройства. Задающий генератор генерирует три сигнала:

· сигнал гетеродинной частоты в виде непрерывных колебаний с частотой F г,

· сигнал опорной промежуточной частоты в виде непрерывных колебаний с частотой F ПР =35 МГц,

· импульсно-модулированный сигнал промежуточной частоты в виде последовательности радиоимпульсов с несущей частотой F ПР, длительностью 7 мкс и частотой повторения зондирующих импульсов РЛС.

Рис. 1.5. Структурная схема передающего устройства двухчастотной РЛС (один частотный канал)

В усилительных каскадах СУУ и оконечном усилителе мощности ОУ используются многорезонаторные пролетные клистроны, работающие в импульсном режиме. Это достигается за счет подачи на катоды клистронов импульсов отрицательной полярности. Сигналы запуска импульсного модулятора в схеме СУУ формируются в подмодуляторе передатчика. Импульсы модуляции длительностью 3,3 мкс для оконечного усилителя формируются мощным импульсным модулятором М, который питается от источника высокого напряжения ИВН и выполнен на основе тиратронов. Импульсы поджига тиратронов вырабатываются подмодулятором, имеют амплитуду 800 В и длительность 4 мкс.

На выходе оконечного усилителя формируется последовательность радиоимпульсов длительностью 3,3 мкс при средней- мощности сигнала 3,6 кВт, которая передается в антенно-фидерную систему радиолокационной станции.

Электрические соединения высокочастотных узлов передатчика выполнены в виде коаксиального высокочастотного тракта, обеспечивающего распределение мощности генерируемых колебаний и вывод небольшой части мощности для контроля работоспособности и регулировки передатчика. Для обеспечения необходимого теплового режима мощного клистрона ОУ применяется система жидкостного охлаждения.

Основные технические характеристики передатчика

· Рабочая длина волны генерируемых колебаний, см....................................................... 23

· Средняя выходная мощность генерируемых колебаний, кВт, не менее 3,6

· Длительность радиоимпульса, мкс 3,3 ± 0,3

· Частота повторения импульсов, Гц.... ~ 333

· Мощность сигнала частоты гетеродина, мВт, не менее........................................................... 60

· Напряжение сигнала опорной промежуточной частоты (на нагрузке 75 Ом), В, не менее 1

Рассмотрим работу основных устройств передающего тракта РЛС.

Задающий генератор имеет два независимых канала. Первый канал формирует колебания гетеродинной частоты и состоит:

· из кварцевого генератора КГ1,

· трех умножителей частоты Умн с общим коэффициентом умножения 12,

· одного усилителя напряжения,

· трех усилителей мощности.

Усилители напряжения и мощности включаются между КГ1 и каскадами умножения частоты, выполняй при этом функции буферных каскадов.

К выходу последнего умножителя частоты последовательно подключены проходная детекторная головка для контроля сигнала гетеродинной частоты и выходной фильтр для подавления составляющих этого сигнала с комбинационными частотами. Детекторная головка и фильтр конструктивно являются элементами коаксиального ВЧ тракта передатчика.

Структурная схема РПДУ

Разнообразные типы радиопередатчиков выполняются как комбинация соответствующих каскадов и блоков. Обобщенная структурная схема РПДУ представлена на рис. 2.1. Возбудитель служит для формирования сетки рабочих частот с требуемой стабильностью. При небольшом числе рабочих частот возбудитель строится по принципу «кварц - волна», что означает: каждой из частот соответствует свой кварцевый автогенератор. Переход с одной частоты на другую осуществляется с помощью электронного коммутатора.

При большом числе частот возбудитель представляет собой цифровой синтезатор частот, в состав которого входит кварцевый автогенератор, называемый опорным, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и устройство автоматической подстройки частоты. Такой синтезатор может быть построен на основе большой интегральной микросхемы. Частота кварцевых автогенераторов обычно не превышает 100 Гц. Поэтому при частоте передатчика больше данного значения в устройство включаются умножители частоты, повышающие частоту сигнала в необходимое число раз. Получение требуемой выходной мощности радиопередатчика осуществляется с помощью блока усиления мощности, каскадно-включенных ВЧ или СВЧ генераторов с внешним возбуждением. При выходной мощности передатчика, превышающей мощность одного прибора, в выходном каскаде происходит суммирование мощностей генераторов. Между выходным каскадом радиопередатчика и антенной включается антенно-фидерное устройство (АФУ). В состав АФУ входят: фильтр для подавления побочных излучений радиопередатчика, датчики падающей и отраженной волны и согласующее устройство. При работе в СВЧ диапазоне вместо последнего обычно применяется ферритовое однонаправленное устройство - вентиль или циркулятор. Частотная модуляция осуществляется в возбудителе радиопередатчика, фазовая - в возбудителе или ВЧ умножителях и усилителях, амплитудная и импульсная - в ВЧ усилителях. С помощью блока автоматического управления выполняются автоматическая стабилизация параметров радиопередатчика (в первую очередь, мощности и температурного режима), защита при нарушении нормальных условий эксплуатации (например, при обрыве антенны) и управление (включение-выключение, перестройка по частоте). При составлении и расчете структурной схемы транзисторного радиопередатчика исходят из его назначения, условий работы и следующих основных параметров: - выходной мощности, подводимой к антенне; - диапазона рабочих частот, стабильности частоты, вида модуляции и характеристик модулирующего сигнала.

Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика

где - мощность сигнала, поступающего в антенну;

Коэффициент передачи АФУ; - мощность сигнала возбудителя (обычно <10... 20 МВт).

Тот же параметр, выраженный в децибелах относительно мощности в 1 Вт: (2.1)

где , - мощность, Вт.

Общий коэффициент умножения по частоте

где - диапазон частот радиопередатчика; - диапазон частот возбудителя.

Исходя из значения , равного произведению коэффициентов умножения отдельных каскадов, определяется число умножителей, каждый из которых имеет значение =2...3.

Общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика есть произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов. Выбрав тип электронного прибора в каждом из каскадов и определив по справочнику или рассчитав значения коэффициентов усиления данных приборов, можно составить структурную схему проектируемого радиопередатчика. Рассмотрим пример при следующих исходных данных: мощность сигнала, передаваемого в антенну, =20 Вт; коэффициент передачи АФУ составляет 0,8 или 1 дБ; мощность возбудителя =5 МВт. Согласно (2.1) общий коэффициент усиления сигнала по мощности радиопередатчика

Например, при коэффициенте усиления одного электронного прибора, равном 10 дБ, т.е. в 10 раз по мощности, для получения общего коэффициента усиления в 37 дБ потребуется четыре последовательно включенных ВЧ генератора - усилителей мощности ВЧ колебаний.

2.4. Параметры радиопередатчика

К основным параметрам радиопередатчика, характеризующим его технические показатели, относятся:

диапазон частот несущих колебаний ;

число частот N внутри этого диапазона. В самом простом случае радиопередатчик может быть одночастотным и тогда ;

шаг сетки рабочих частот в заданном диапазоне, определяемый согласно выражению

где . Радиопередатчик может работать на любой из фиксированных частот внутри диапазона (рис. 2.2). Например, радиопередатчик системы УКВ самолетной радиосвязи работает в диапазоне частот 118...136 МГц при шаге =25 кГц, общее число частот согласно (3.1) N=721.

Недопустимо излучение радиопередатчика не только вне закрепленного за ним диапазона частот , но и на частоте, отличной от фиксированной сетки частот, например между частотами и ; нестабильность частоты несущих колебаний. Различают абсолютную и относительную нестабильность частоты, долговременную и кратковременную.

Абсолютной нестабильностью частоты называется отклонение частоты излучаемого радиопередатчиком сигнала от номинальногo значения частоты . Например, =120 МГц, а фактически радиопередатчик излучает сигнал с частотой =119,9994 МГц. Следовательно, абсолютная нестабильность частоты

120 - 119,9994 МГц = 0,0006 МГц = 0,6 кГц. Относительной нестабильностью частоты называется отношение абсолютной нестабильности частоты к ее номинальному значению:

(2.4)

Согласно (2.4) в рассмотренном примере относительная нестабильность

=0,000005= .

В современных радиопередатчиках относительная нестабильность частоты обычно не превышает (2...3) . Но в некоторых случаях, например системах радионавигации, к этому параметру предъявляются еще более жесткие требования: в них следует иметь .

В режиме несущих колебаний радиопередатчик излучает сигнал

где - частота несущих колебаний.

Рис. 2.3. Спектры несущего и модулированного колебаний

Для этого спектра выделяется определенная полоса частот , При этом следует соблюдать неравенство , т.е. спектр сигнала должен укладываться в выделенную для него полосу. В противном случае излучения одного радиопередатчика могут мешать другим радиопередатчикам, проникая в выделенные для них полосы излучения.

выходная мощность несущих колебаний - активная мощность, поступающая из радиопередатчика в антенну. Антенна имеет входное комплексное сопротивление . Поэтому при измерении выходной мощности радиопередатчика антенна может быть заменена эквивалентным сопротивлением . Мощность, рассеиваемая в активной составляющей сопротивления , и есть выходная мощность радиопередатчика , излучаемая антенной (рис. 2.4, а).

Мощность можно определить и вторым способом при непосредственном подключении радиопередатчика к антенне. По связывающему их фидеру распространяются две волны: в прямом направлении - падающая, в обратном - отраженная от антенны (рис. 2.4, б). При этом мощность радиопередатчика (2.5)

где - мощность падающей волны; - мощность отраженной волны;

суммарная мощность, потребляемая радиопередатчиком от источника или блока питания по всем цепям,

коэффициент полезного действия, или промышленный КПД, определяемый как отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой: .

Вид модуляции и определяющие его параметры. При амплитудной модуляции таким параметром является коэффициент модуляции , при частотной - девиация частоты , A при фазовой - девиация фазы при импульсной - длительность импульса и период их повторения Т. Параметры передаваемого сообщения. Таким сообщением может быть речевая, факсимильная, телевизионная, телеметрическая и другая разнообразная информация, в том числе и считываемая с компьютера. Сообщение может передаваться в форме аналогового (рис. 2.5, а) или цифрового сигнала (рис. 2.5, б). При аналоговом сообщении основным характеризующим его параметром является полоса частот спектра сигнала, при цифровом - число бит в секунду (битом называется единица цифровой информации при двоичном коде это 1 или 0). Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения. В результате процесса модуляции, т.е. наложения на несущие колебания исходного сообщения, последнее претерпевает некоторые изменения или, иначе говоря, искажается. В каждом конкретном случае устанавливается вид и норма на эти искажения. Например, при передаче сообщения в виде синусоидального сигнала таким параметром является коэффициент нелинейных искажений, определяющий появление в исходном сигнале 2, 3-й и последующих гармоник.

Рис. 2.6. Нелинейные преобразования сигнала

На некоторых частотах эта норма может достигать -100 дБ, - 110 дБ и т.д. Нормы, связанные с управлением радиопередатчика: время установления в нем нормального режима работы после включения, время перехода с одной частоты несущей на другую, режим полной или частичной мощности излучения и другие требования. Нормы на надежность и долговечность, массу и габаритные размеры радиопередатчика устанавливают в соответствии с общими нормами для радиотехнической аппаратуры. В радиопередатчиках повышенной мощности устанавливаются специальные нормы, диктуемые техникой безопасности.